基于类桁架连续体的结构拓扑优化方法与应用
张莉,周克民
(华桥大学,362021,福建)

摘要：以各向异性连续体为基结构，采用类桁架连续体材料模型进行结构拓扑优化。以材料在结点位置的密度和方向作为优化设计变量，使材料在设计域内连续分布。并以此建立材料的弹性矩阵和刚度矩阵。优化过程没有抑制中间密度，这从根本上避免了许多拓扑优化方法普遍存在的单元铰接、棋盘格现象以及单元依赖性等数值不稳定问题。采用满应力准则法，借助有限元结构分析，经过少量迭代，建立优化的材料连续分布场，即类桁架连续体结构。由于首先建立的拓扑优化结构是各向异性连续体，从而得到更大优化空间。然后可以结合工程实际需要将其转化为离散的拓扑优化杆系结构。最后，以1个经典Michell桁架和3种形式的拱桥为数值算例，演示了其结构拓扑优化过程。
关键词:结构优化；拓扑优化；有限元方法；满应力法
中图分类号：TU318    文献标识码：A